水污染危险区域判定及其原型系统开发

论文摘要

随着我国工业化以及城镇化进程加快,环境污染事件尤其是突发水污染事件频繁爆发,造成了极大的社会危害。在技术层面上,亟需建立完善的突发环境污染预警系统以应对此类人为灾害。在突发水污染预警系统中,环境风险评价是其重要的理论基础和技术支撑之一,但是目前它主要侧重于事前的概率风险评价,而对水污染事故期间实时后果评价的研究相对较少,通常只是给出了事故期间的实时有毒物质迁移轨迹及浓度分布,而没有考虑到在其他条件都一致的情况下污染物浓度和危险度也不一定是线性关系,同一化学物浓度对不同受体有不同的危害性等诸多复杂的相关因素。因此满足不了对污染事故发生后实时动态评估和实时预警的需求。为了综合考虑上述危害性差异,完善实时动态评估理论,本文研究建立了水污染危险区域判定的模式及其概念体系,并重点探讨了突发水污染危险区域判定方法。分析了该理论与自然灾害学中的危险区域判定和概率风险评价中的风险区划概念的异同。可将该理论应用于突发水污染的预警应急中,提供事故期实时动态预警和应急决策,也可用于水环境常态管理中。面向实际应用,考虑实用性和易操作性,本文提出了突发水污染简化的判定模型,用数学函数和空间运算进行了描述,并将其与其他相关理论进行了对比分析。接着探索了该简化模型基于GIS的实现方案和可视化途径。并基于空间插值和栅格分析解决了从浓度场到危险场的映射问题。为保证水力水质模型求解结果落入第三方GIS系统后生成浓度场的准确性,对几类空间插值和有限元法中单元基函数插值进行分析,做了交叉验证和图像灰度目视对比分析,得到只要网格划分足够密,参数设置合理两者插值精度就一致的结论,保证了危险区域判定的准确性。根据上述研究结果,基于GIS和数据库技术,利用Supermap Object 2008二次开发组件,采用Visual Basic 6.0编程语言开发了突发水污染危险区域判定原型系统,在计算机上实现了危险区域判定。该原型系统具有基本地图操作、三维场景浏览、模型调用、数据格式自动转换、浓度场生成和危险场生成等多种功能,构成了一个完整的应用体系。基于松花江流域,以2005年松花江硝基苯污染事件为背景,做了具体的应用分析,能成功的完成危险区域判定,并得到表现力强的预警图,取得到了良好的效果。如果将该原型系统集成到流域水污染预警系统的软件包中,对应急管理将会发挥有力的辅助决策的作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 水污染预警系统
• 1.2.1 预警理论
• 1.2.2 水污染预警系统
• 1.2.3 研究现状
• 1.2.4 关键技术
• 1.3 江河水力水质模型
• 1.3.1 江河水力水质模型简介
• 1.3.2 江河水力模型研究进展
• 1.3.3 江河水质模型研究进展
• 1.3.4 水力水质模型数值解法
• 1.3.5 商用水环境建模软件简介
• 1.4 地理信息系统
• 1.4.1 地理信息系统的基本内容
• 1.4.2 GIS在环境污染应急管理中的应用
• 1.4.3 统计表面与空间插值
• 1.4.4 Supermap GIS
• 1.5 污染事故危险区域判定理论
• 1.5.1 水污染危险区域判定理论的提出
• 1.5.2 研究现状
• 1.5.3 危险图可视化技术
• 1.6 研究目的及意义
• 1.7 主要研究内容和技术路线
• 1.7.1 主要研究内容
• 1.7.2 研究技术路线
• 第2章 水污染危险区域判定模式及实现技术
• 2.1 水污染危险区域判定概念体系
• 2.2 危险区域判定与其相关理论
• 2.2.1 危险区域判定与灾害风险区划
• 2.2.2 危险区域判定与环境风险评价和预警系统
• 2.3 突发水污染危险区域判定简化模型
• 2.3.1 符号体系
• 2.3.2 CF、SF和HF的生成
• 2.4 突发水污染危险区域判定简化模型的计算机实现
• 2.4.1 数据需求
• 2.4.2 浓度场到危险场的映射在GIS环境下的实现
• 2.4.3 基于GIS的浓度场和危险场可视化技术
• 2.5 空间插值与有限元法单元基函数插值的精度比较
• 2.5.1 三种常用空间插值
• 2.5.2 有限元法单元基函数插值
• 2.5.3 插值精度对比分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 突发水污染危险区域判定原型系统设计
• 3.1 系统总体构架设计
• 3.2 系统功能设计
• 3.3 系统开发环境配置
• 3.3.1 开发软件选择
• 3.4 系统运行环境
• 3.4.1 服务器端配置
• 3.4.2 客户端配置
• 3.4.3 网络环境
• 3.5 技术路线
• 3.6 数据流向
• 3.7 本章小结
• 第4章 突发水污染危险区域判定原型系统实现
• 4.1 系统数据库设计与实现
• 4.1.1 基础地理信息数据库
• 4.1.2 水环境标准数据库
• 4.1.3 危险区域判定核心数据库
• 4.1.4 险化学品数据库
• 4.2 系统概况
• 4.2.1 系统主界面
• 4.3 系统功能简介
• 4.3.1 基本地图操作
• 4.3.2 数据管理功能
• 4.3.3 建模软件调用
• 4.3.4 数据格式转换
• 4.3.5 浓度场生成
• 4.3.6 危险场生成
• 4.4 本章小结
• 第5章 松花江硝基苯水污染事件危险区域判定实例研究
• 5.1 松花江流域概况
• 5.2 硝基苯污染事件概况
• 5.3 重点研究区域
• 5.4 SMS水质模拟
• 5.5 数据格式转换
• 5.6 浓度场生成与显示
• 5.7 危险场生成与显示
• 5.8 预警发布
• 5.9 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢